С. Жайлауов физикалық химия
жүктеу/скачать 2,46 Mb.
|
Ñ. Æàéëàóîâ ôèçèêàëû? õèìèÿ
- Бұл бет үшін навигация:
- § 20. ЭЛЕКТРОЛИЗ
| E=E+-E-= 121
Тотығу-тотықсыздану элементі. Химиялық элементтердің ара-сындағы маңызды бөлімдерінің бірі — тотығу-тотықсыздану элементтері. Химиялық элементтегі электродтың біреуіндегі не бәрін-дегі процесс кезінде тотығу-тотықсыздану реакциясы жүрсе оны тотығу-тотықсыздану элементіне жатқызады. Ондағы әрбір электрод түрлі зарядталған ионы бар электролит ерітіндісіне батырңлған асыл металдардың пластинасынан тұрады. Мұндағы пластина мен электролит ерітіндісі арасындағы фазааралық, яғни металл беті мен ерітінді жанасатын шекте пайда болатын потен-циал тотығу-тотықсыздану потенциалы деп аталады. Оны кейде редокс-элементі деп те атайды. Егер гальваникалық элементтегі электродтың біреуі сутек электроды болса, онда бұл элемент (-)Рt(Н2)|НС1|Fе2+|Ғе3+1Рt + ) түрінде жазылады да, электр қозғаушы күші Рн2 = 1 атм, ан+ = 1 болғанда, ол редокс-электрод потенциалына теңеледі: E=E + + мұндағы Е° — электрод потенциалы, аFEе2+ =аFEз+ болғандағы редокс-электродтың стандартты потенциалы. Әдетте белгілі сис-темалар үшін оньщ мәні (Е°) анықтама таблицаларында беріледі. Редокс-потенциалдың системадағы шамасы оньщ тотығу-то-тықсыздану қабілетін сипаттайды. Оның сандық өлшемі — термо-динамикадан белгілі реакцияның тотыққан және тотықсызданған +түрлері арасындағы Гиббс энергиясы G. Потенциал шамасы кіші системалар өзінен потенциал шамасы артық системаны тотықтыра алмайды. Бұл система табиғатына ғана тәуелді емес, сондай-ақ тотықтырғыш пен тотықсыздандырғыш концентанция-ларыньщ Қатынасына да байланысты. Кейде тотығу-тотықсыздану тепе-теңдік кезінде сутек ионы да қатысады. Бүған хинон мен гидрохинон сияқты органикалық системаны пайдаланып, әзірленген хингидрон электроды мысал болады. Хингидрон — хинон мен гидрохинонның эквимолекула-лық қосылысы. Ол суда өте нашар ериді, және оньщ ерітіндідегі қаныққан концентрациясы шамамен 0,005 моль. Хингидрон суда ерігенде хинон мен гидрохинонның эквивалентті мөлшеріне дис-социацияланады: С6Н4О2 • С6Н4 (ОН) 2=^С6Н4О2 + С6Н4 (ОН) 2. Ерітіндіде әлі ерімеген хингидрон шөгінді түрінде артығымен бо-латындықтан, ерітіндідегі хинон мен гидрохинонның концентра-циялары тұрақты болады. Гидрохинон әлсіз қышқыл болғандықтан, ол диссоциациялан-ғанда сутек иондары бөлінеді, ал осы кездегі екі зарядты анион хинонның электрондарымен алмаса алады: C6Н4О2- + 2Н+-С6Н4(ОН)2 С6Н402 + 2Н+ + 2е-С6Н4 (ОН) 2 Бұдан тепе-теңдік сутек иондарының концентрациясына тәуел-ді екенін көреміз. Егер хинон-гидрохинон ерітіндісіне плат^ина не алтын пластинкасын батырса, тотығу-тотықсыздану элёктроды пайда болады. Ол электродтың потенциалы келесі теңдеу бойын-ша анықталады: E=E + Ерімеген қатты хингидрон артық болғанда ерітіндідегі хинон мен гидрохинонның концентрация қатынасы тұрақты шама: E=E + +=E°хг -0,059 рН. Егер берілген ерітіндінің рН-ын анықтау ,кажет болса, онда зерттелетін сұйық затқа шамалы ғана хингидронды салады да платина пластинасын батырады. Пайда болған жарты элементтің (электродтың) электр қозғаушы күшін салыстырма электроды арқылы тез өлшейді де берілген ерітіндінің рН-ын анықтайды. Ал, хингидрон электродымен қатар электролит ерітіндісінің рН-ы белгілі электродты пайдаланып, стандартты потенциалды (Е°) анықтауға болады. Хингидронды электрод әрі оңай, әрі тез әзірленеді және жақсы нәтиже көрсететіндіктен, ол ерітінділердің рН-ын өлшеу үшін жиі қолданылады. Алайда оны сілтілі ортаға, яғни рН>8 болғанда пайдалануға болмайды. Сол сияқты хингидронды электродты тотықтырушы мен тотықсыздандырғыш және кейбір тұздар болатын ортаға пайдалануға бола бермейді. Сутек ионының қатынасуымен жүретін тотығу-тотықсыздану реакциялары биохимиялық процестерде де жиі кездеседі. Мыса-лы, пирожүзім қышқылының тотықсыздануы арқылы сүт қышқылы алынады: CH3C-C+2H++2e—H3C—C--C Бүл алмасу биохимиялық тотығу-тотықсыздану реакцияларында кездеседі. Олар үшін E=E + Көбінесе биохимиялық системаны E1° = E°+ шамасымен сипаттайды. Ал, әр түрлі тотығу-тотықсыздану реакцияларын са- 112 лыстырғанда E°-дің Е ұқсас болатындығы байқалады. Әдетте, мұндай салыстырулар рН = 7,0 және і=30°С жағдайында жүргізі-леді. Осы кезде Рң2 = 1 атм болса, сутек электродының потен-циалы E° = 0,420 В. Мұндай мәліметтер арнайы таблицаларда толық келтіріледі. § 20. ЭЛЕКТРОЛИЗ Электролиз деп электр тогының әсерінен болатын химиялық түрлену (өзгеру) процесін айтады. Электролиз кезіндегі химия-лық прбцестер электролит түріне орай, еріткішке байланысты, электрод әзірленген заттың табиғатына сәйкес және басқа да қо-сымша қосылыстар сияқтыларға қарай сан алуан болуы мүмкін. Электролит арқылы түрақты ток өткенде катодта электролиттіқ катионы нейтралды атомға айналып, злектродтың беткі қабатын-да қалады. Мүндай процесс анодта да жүреді және электролит аниондары нейтралданады. Электролиз кезінде пайда болатын нейтрал атомдар мен атом топтары бос күйінде өте тұрақсыз болғандықтан олар өзара не еріткіш пен еріген заттардың моле-кулаларымен химиялық реакцияға түсуі мүмкін. Сол сияқты бүл компоненттер электрод әзірленген затпен де химиялық әрекетке түсуі ғажап емес. Электролиз кезінде жүретін барлық реакциялар тотығу-тотықсыздану реакциясының айқын сипатын көрсетеді: катодта тотықсыздану, анодта тотығу процесі жүреді. Электролиз кезінде система арқылы сыртқы электр көзінен тұрақты ток өткенде, осы ток күшінің әсерінен электродтың күші өзгеруі мүмкін. Мысалы, электродтағы металл пластинасына токтың оң заряды берілгенде, ол ерітіндідегі су молекуласының металмен әрекеттесу процесін жеңілдетеді, сөйтіп металл иондары ерітіндіге ауысады, яғни электрод пластинасы ери бастайды. Ал, осы системадағы екінші электрод әзірленген металл пластинасы-на теріс заряд берілгенде, керісінше, металдың ерітіндіде еруі қиындап, ерітіндідегі металл катионы зарядсызданып, пластина-ның беткі қабатына орналасады. Электролиз процесіндегі токтың мөлшері және оған сәйкес бөлінетін атом, молекула не атом топтарының массалық қатына-сы өткен ғасырдың отызыншы жылдарында ашылған М. Фарадей заңдарына бағынып, оның көмегімен анықталады. Фарадейдін, екі заңы бар. Бірінші заңы: электролиз процесінде бөлінетін зат-тыц мөлшері ток күші мен уақытқа, яғни өткен токтьщ мөлшеріне пропорционалды. Фарадейдін, бірінші заңы электролиз механизмінің қазіргі көз-қарасымен үйлеседі. Электролиз процесінде ион алмасуына орай берілген не косылып алынған электрондар саны өзара тең бол-гандықтан система арқылы өткен ток мөлшері әрекеттескен ион санына, яғни бөлінген затқа пропорционал болады. Фарадейдің екінші заңы былай тұжырымдалады: эр түрлі электролит ерітінділері арқылы бірдей мөлшерде электр тогы өт- 113 жүктеу/скачать 2,46 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|